EP4006348A1 - Ventilator mit einem aussenläufermotor und kühlkanal zur kühlung der motorelektronik und von motorantriebskomponenten - Google Patents

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EP4006348A1
EP4006348A1 EP22152257.6A EP22152257A EP4006348A1 EP 4006348 A1 EP4006348 A1 EP 4006348A1 EP 22152257 A EP22152257 A EP 22152257A EP 4006348 A1 EP4006348 A1 EP 4006348A1
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EP
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motor
cooling
fan
electronics
stator
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Christian Haag
Tobias Schmidt
Wolfgang BÜRCKERT
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Ebm Papst Mulfingen GmbH and Co KG
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Definitions

  • the invention relates to a fan with an external rotor motor and a cooling duct for cooling both the motor electronics and motor drive components.
  • cooling of motor drive components for example the rotor, stator or motor bearing, is also desired.
  • the invention is therefore based on the object of providing a fan which, even at low speeds, has improved cooling of the overall arrangement of the external rotor motor with regard to its motor electronics and motor drive components with the least possible and cost-effective use of materials.
  • the noise level should be comparatively low.
  • a fan with an external rotor motor in which the external rotor motor has a rotor which rotates about an axis of rotation in a motor section and which is designed to receive a radially enclosing rotor on the outside fan wheel.
  • the external rotor motor also provides motor electronics arranged in an electronics section accommodated in an electronics housing, with the motor section and the electronics section being arranged preferably axially, alternatively radially, adjacent to one another along the axis of rotation.
  • the fan generates a pressure difference between its suction side, which is preferably assigned to the rotor, and its pressure side, which is preferably assigned to the motor electronics, via the fan wheel.
  • a continuous cooling duct runs from a pressure-side inflow opening on the electronics housing along the motor electronics and at least in sections along the rotor to a suction-side outflow opening in the motor section, so that during operation a cooling air flow through the cooling duct can only be generated passively by the pressure difference generated by the fan wheel is to cool both the electronics section and the motor section.
  • the pressure side and suction side depend on the flow direction of the fan.
  • the cooling air flow is always from the pressure side to the suction side.
  • the inflow opening described above on the electronics housing is then the outflow opening, and the outflow opening in the motor section then becomes the inflow opening.
  • the fan wheel draws in air on the suction side, creating a negative pressure on the suction side, and blows it out on the pressure side, where an overpressure is created.
  • the pressure difference creates a compensating flow through the cooling channel, which is used as a passive flow of cooling air.
  • the flow of cooling air is sucked in at the outflow opening on the suction side and conveyed through the cooling channel, with the pressure difference being generated by the fan wheel on the suction side of the fan.
  • the intake of the cooling air flow on the pressure side and the outflow of the cooling air flow on the suction side at the rotor results in a holistic cooling of both the motor electronics in the electronics section and the motor drive components in the motor section. ie the overall arrangement of the external rotor motor with its motor parts and its electronics.
  • the cooling can either increase the performance or, depending on the application, even install a smaller motor. That saves costs.
  • a "passively" generated cooling air flow through the cooling channel is defined here as the distinction from an air flow that is generated by an active cooling wheel rotating during operation and is therefore active. Active cooling wheels generate noise, especially at higher speeds. This can be prevented by purely passive cooling.
  • An axial section serves as a boundary between the electronics section and the motor section, in which the components of the motor electronics that protrude furthest in the direction of the rotor end.
  • the motor electronics are often placed axially on the motor drive components. Then there is the separation between the two components.
  • cooling ribs are formed on the electronics housing, which extend axially and radially from the inflow opening into the cooling channel and form a channel wall surface of the cooling channel.
  • the cooling fins also preferably form the inflow opening on the electronics housing. The increase in surface area achieved via the cooling ribs and the positioning directly at the inflow opening lead to favorable and effective heat dissipation via the cooling air flow through the cooling channel.
  • the fan is also preferably characterized in that the rotor has a rotor housing, preferably designed as a rotor bell, and the outflow opening is designed in the area of an axial end face of the rotor housing.
  • the outflow is therefore preferably axial, but can also be provided on the outer surface of the rotor housing or at the transition between the axial end face and the outer surface and thus have an at least partially radial outflow direction.
  • the fan wheel for this embodiment has an impeller base disk with impeller blades formed thereon, with the outflow opening being formed in the impeller base disk.
  • the cooling duct thus does not extend over the entire axial length in the motor section, but is already gliding on the impeller base disk to the outside of the rotor.
  • the external rotor motor has a stator bushing with a stator core and motor windings as well as stator cooling ribs distributed in the circumferential direction in the motor section, with the cooling duct also running along the stator cooling ribs.
  • the impeller base disk runs axially adjacent to the stator cooling ribs extending axially to the impeller base disk, so that the cooling air flow can be guided axially via the stator cooling ribs to the outflow opening in the impeller base disk.
  • the stator cooling ribs are arranged as motor components in the motor section.
  • the external rotor motor has a stator bushing with a stator core and motor windings in the motor section, as well as stator cooling ribs distributed in the circumferential direction, with the cooling air flow running directly adjacent to the stator cooling ribs and along the stator core.
  • the cooling air flow can flow freely through the motor section, taking the path of least resistance, or it can be routed along certain components in a cooling duct. Due to the possibility of forming the outflow opening on the rotor or rotor housing itself, the flow of cooling air inside the rotor can be guided directly along the components that heat up during operation.
  • a favorable exemplary embodiment of the fan is characterized in that the cooling channel is closed or essentially closed by a stationary or rotatable cover in a transition from the electronics section to the motor section.
  • Substantially closed means that a complete seal is not provided.
  • the cover can be designed in the form of a labyrinth in the sense of a labyrinth seal in order to have to accept the lowest possible leakage losses.
  • the cover Depending on which component the cover is attached to, for example the electronics housing or the rotor, it stands or rotates during operation.
  • the cover forms an outer jacket surface of the external rotor motor.
  • a further development of the fan provides that the cooling duct has several changes of direction in the course from the inflow opening to the outflow opening, so that the cooling air flow is deflected several times. As a result, the cooling can be directed along the components to be cooled and thus the cooling capacity can be increased.
  • the outflow opening on the rotor housing is axially spaced relative to the fan wheel. This promotes that a sufficient pressure difference and thus the suction effect at the outflow opening is ensured.
  • one embodiment of the fan provides that the cooling duct runs in the circumferential direction in a locally limited manner in the electronics section and the motor section. This limits the space required for cooling.
  • the design of the external rotor motor remains compact.
  • the rotor is mounted via at least one bearing, with the cooling duct being routed past the at least one bearing.
  • the bearing also generates heat during operation, which is preferably dissipated with the flow of cooling air.
  • the invention relates to an embodiment of the fan with an external rotor motor with a rotor rotating about an axis of rotation in a motor section designed to accommodate a fan wheel surrounding it radially on the outside and with motor electronics arranged in an electronics section.
  • the motor section and the electronics section are arranged axially adjacent to one another along the axis of rotation or radially relative to the axis of rotation.
  • the external rotor motor has a stator bushing with a stator core and motor windings as well as stator cooling ribs distributed in the circumferential direction.
  • the fan During normal operation, the fan generates a pressure difference ⁇ p between its suction side and its pressure side via the fan wheel, with a continuous cooling channel running inside the external rotor motor from an inflow opening on the pressure side to an outflow opening on the suction side along the stator cooling fins.
  • a flow of cooling air through the cooling channel can only be passively generated by the pressure difference ( ⁇ p) generated by the fan wheel.
  • at least one power module of the motor electronics is arranged directly adjacent to the stator bushing having the stator cooling ribs in order to heat or cool the motor section and at least the power module, but also other components of the motor electronics via the stator bushing.
  • figure 1 is a schematic example of the pressure difference ⁇ p generated by a fan 1 by the fan wheel 25 during operation and the suction-side negative pressure p- and the pressure-side, ie outflow-side, positive pressure p+.
  • the negative pressure p- is used in order to generate an intake of a cooling air flow which runs as a compensating flow counter to the main flow direction of the air flow generated by the fan wheel 25 .
  • figure 2 shows a first exemplary embodiment of a partially sectioned external rotor motor 20 of the fan 1 designed as an axial fan.
  • the overall arrangement of the external rotor motor 20 is divided axially into the electronics section 21 and the motor section 22, which is immediately axially adjacent placed the rotor 2 in a way as in figure 3 shown) responsible motor drive components are arranged, in particular the cylindrical rotor 2 with its pot-shaped rotor housing 13 (rotor bell) and the stator core 8 accommodated therein with motor windings.
  • the bearing 14 of the motor shaft can also be seen.
  • the inflow opening 71 for the cooling air flow 7 is provided on the front side of the electronics housing 12 , cooling ribs 3 extending axially and radially starting from the inflow opening and determining channel wall surfaces of the cooling channel 10 in sections.
  • the cooling duct 10 is continuous and runs in the radially outer part of the external rotor motor, is deflected radially outwards after the inflow opening 71 past the electronic components arranged on a printed circuit board 15, which determine the motor electronics 11, and again deflected radially inwards to the rotor 2.
  • the cooling duct 10 runs axially in a straight line within the rotor housing 13 directly along the stator core 8 and the bearing 14 to the axially end-side outflow opening 72.
  • the cooling duct is not specially walled in the embodiment shown, see above that the flow of cooling air is free to flow along the path of least resistance along the engine components to exhaust port 72 .
  • a cooling duct can be provided with a special guide along certain components, which is formed as a closed duct by defined boundaries, for example the inner wall surface of the rotor housing.
  • the motor section extends 22 distributed in the circumferential direction arranged stator cooling ribs 5 in the direction of the rotor 2.
  • the cooling channel 10 runs past the stator cooling ribs 5, so that the cooling air flow 7 transports away the heat absorbed by the stator cooling ribs 5.
  • the transition to the rotor 2 is closed by the cover 6, which is attached to the electronics housing 12 and has a labyrinth seal-like design in order to minimize pressure loss. Sections of the cover 6 form both a duct wall surface of the cooling duct 10 and an outer lateral surface of the external rotor motor 20.
  • the cooling air flow 7 is sucked in at the suction-side outflow opening 72 in the motor section 22, so that it flows into the inflow opening 71 on the pressure side and through the overall arrangement of the external rotor motor 20 through to the outflow opening 72 flows. Since the cooling air flow 7 is generated exclusively by the pressure difference between the suction side and the pressure side, it is referred to as passive in the present case.
  • FIG 3 an embodiment of the fan 1 is shown in an alternative embodiment as an axial fan in a side view.
  • the to the outrunner 20 off figure 1 The features described are also present here, unless otherwise explained.
  • the fan wheel 25 is fastened to the rotor 2 with its impeller hub completely enclosing the rotor housing 13 .
  • the fan wheel 25 generates not only the main flow but also the pressure difference ⁇ p used for the cooling air flow 7 .
  • the outflow opening 72 is not provided on the rotor housing 13, but rather on the fan wheel 25 or the impeller hub.
  • the cooling air flow 7 runs radially in the motor section 22 between the rotor housing 13 and the impeller hub 17 of the fan wheel 25 so that the cooling channel 10 in the motor section 22 is formed by the rotor housing 13 and the impeller hub of the fan wheel 25 .
  • FIG 4 1 shows an exemplary embodiment of the fan 1 designed as a radial fan, with the cooling channel 10 not being routed along the entire rotor 2, in contrast to the previous examples.
  • the fan wheel 25 of the radial fan has the outflow opening in its impeller base disk 26 72 on.
  • the impeller bottom disk 26 carries the impeller blades 9, which in the present embodiment are curved backwards.
  • the cooling channel 10 therefore runs from the inflow opening 71 in the electronics housing 12 along the cooling ribs 3 to the motor section 22 and there along the stator cooling ribs 5 radially outwards to the outflow opening 72 on the impeller base plate 26.
  • the cooling air flow 7 is then conveyed radially outwards by the fan wheel 25 .
  • the cooling in the electronics section 21 is identical to the previous exemplary embodiments. In the motor section 22, cooling takes place mainly via the stator cooling fins 5.
  • FIG 5 1 shows an inventive design of the fan 1 in a design as a radial fan with the external rotor motor 20, which, as in the previous exemplary embodiments, comprises the motor section 22 and the electronics section 21, which is axially adjacent along the axis of rotation RA, with the motor electronics 11 arranged therein. All of the identical features described in relation to the above statements are not repeated again, but also apply to the exemplary embodiment according to FIG figure 5 .
  • the electronics section can also be aligned radially with respect to the axis of rotation RA.
  • the fan wheel 25 is accommodated radially on the outside on the rotor 2 .
  • the fan 1 generates a pressure difference ⁇ p between its suction side and its pressure side via the fan wheel 25 .
  • the continuous cooling duct 10 runs from the pressure-side inflow opening 71 to the suction-side outflow opening 72 along the stator cooling ribs 5, with the cooling air flow 7 represented by arrows through the cooling duct 10 being generated exclusively passively during operation by the pressure difference ⁇ p generated by the fan wheel 25 becomes.
  • the power module 47 of the motor electronics 11 generates the most heat and is therefore arranged directly adjacent to the stator bushing having the stator cooling fins 5 in order to cool the motor section 22 and the power module 47 of the motor electronics 11 via the stator bushing.
  • FIG 6 is another embodiment of the fan 1 is shown, the structure of that except for the following differences figure 5 is equivalent to.
  • the cooling air flow 7 remains as in the embodiment according to FIG figure 4 outside of the rotor 2.
  • the fan wheel 25 of the fan has the outflow opening 72 in its impeller base disk 26, which carries the backward-curved impeller blades 9.
  • the cooling channel 10 runs radially from the outside along the stator cooling ribs 5 to the outflow opening 72 on the impeller base disk 26.
  • the cooling air flow 7 is then conveyed radially outwards by the fan wheel 25.
  • the fan 1 generates as in the embodiment according to figure 5 via the fan wheel 25 the pressure difference ⁇ p between its suction side and its pressure side.
  • the flow of cooling air 7 represented by arrows is generated through the cooling channel 10 exclusively passively by the pressure difference ⁇ p generated by the fan wheel 25 .
  • the power module 47 of the motor electronics 11 is arranged directly adjacent to the stator bushing having the stator cooling fins 5 in order to cool the motor section 22 and the power module 47 of the motor electronics 11 directly via the stator bushing.
  • the electronics section can also be aligned or positioned radially to the axis of rotation RA instead of axially.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Ventilator mit einem Außenläufermotor umfassend einen Motorabschnitt und einen Elektronikabschnitt, wobei der Motorabschnitt und der Elektronikabschnitt entlang der Rotationsachse axial angrenzend zueinander angeordnet sind, wobei der Ventilator über das Ventilatorrad im bestimmungsgemäßen Betrieb einen Druckunterschied zwischen seiner vorzugsweise dem Rotor zugeordneten Saugseite und seiner vorzugsweise der Motorelektronik zugeordneten Druckseite erzeugt, wobei innerhalb des Außenläufermotors ein durchgängiger Kühlkanal von einer druckseitigen Einströmöffnung und zumindest abschnittsweise entlang des Rotors bis zu einer saugseitigen Ausströmöffnung verläuft und im Betrieb ein Kühlluftstrom durch den Kühlkanal ausschließlich passiv durch den von dem Ventilatorrad erzeugten Druckunterschied erzeugbar ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Ventilator mit einem Außenläufermotor sowie einem Kühlkanal zur Kühlung sowohl der Motorelektronik als auch von Motorantriebskomponenten.
  • Die Wärmeentwicklung bei Elektromotoren spielt eine entscheidende Rolle bei der abrufbaren Leistung und Lebensdauer. Deshalb werden bereits im Stand der Technik Maßnahmen zur Kühlung der Motorelektronik vorgesehen, insbesondere wird in einer Variante neben dem durch den Außenläufermotor anzutreibenden Ventilatorrad ein Aktivkühlrad am Rotor verbaut, welches während der Rotation des Rotors einen eigenen Kühlluftstrom erzeugt, der aktiv entlang der Motorelektronik vorbeigeführt wird. Wenn Außenläufermotoren bei geringen Drehzahlen eingesetzt werden reicht die Kühlleistung durch das Aktivkühlrad häufig nicht aus, um einen ausreichenden Wärmeabtransport zu gewährleisten. Zudem ist bei Aktivkühlrädern nachteilig, dass sie bei hohen Drehzahlen Geräusche erzeugen, drehrichtungsabhängig sein können und zusätzlichen Drehmomentbedarf aufweisen, welcher den Wirkungsgrad verschlechtert.
  • Andere Lösungen sehen beispielsweise eine Vergrößerung der Oberfläche der angrenzenden Bauteile oder die Erhöhung des Materialaufwands, d.h. Vergrößerung der Wandstärke des Elektronikgehäuses, um mehr Wärme aufnehmen zu können, vor. Hierdurch steigt jedoch das Gewicht. Alternativ werden Materialien mit höherer Wärmeleitfähigkeit eingesetzt, die jedoch teurer sind.
  • Neben der Kühlung der Motorelektronik ist auch eine Kühlung von Motorantriebskomponenten, beispielsweise des Rotors, Stators oder der Motorlagerung gewünscht.
  • Druckschriftlicher Stand der Technik im vorliegenden technischen Gebiet ist beispielsweise in den Dokumenten US 2017/288507 A1 , DE 10 2010 046 672 A1 und US 6,107,708 A offenbart.
  • Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, einen Ventilator bereit zu stellen, der auch bei geringen Drehzahlen eine verbesserte Kühlung der Gesamtanordnung des Außenläufermotors bezüglich seiner Motorelektronik und Motorantriebskomponenten bei möglichst geringem und kostengünstigem Materialaufwand aufweist. Zudem soll die Geräuschentwicklung vergleichsweise gering sein.
  • Diese Aufgabe wird durch die Merkmalskombination gemäß Patentanspruch 1 gelöst.
  • Es wird ein Ventilator mit einem Außenläufermotor offenbart, bei dem der Außenläufermotor einen in einem Motorabschnitt um eine Rotationsachse rotierenden Rotor aufweist, der ausgebildet ist zur radial außenseitig umschließenden Aufnahme eines Ventilatorrades. Der Außenläufermotor sieht ferner eine in einem Elektronikabschnitt angeordnete Motorelektronik aufgenommen in einem Elektronikgehäuse vor, wobei der Motorabschnitt und der Elektronikabschnitt entlang der Rotationsachse vorzugsweise axial, alternativ radial, angrenzend zueinander angeordnet sind. Der Ventilator erzeugt über das Ventilatorrad im bestimmungsgemäßen Betrieb einen Druckunterschied zwischen seiner vorzugsweise dem Rotor zugeordneten Saugseite und seiner vorzugsweise der Motorelektronik zugeordneten Druckseite. Innerhalb des Außenläufermotors verläuft ein durchgängiger Kühlkanal von einer druckseitigen Einströmöffnung an dem Elektronikgehäuse entlang der Motorelektronik und zumindest abschnittsweise entlang des Rotors bis zu einer saugseitigen Ausströmöffnung im Motorabschnitt, so dass im Betrieb ein Kühlluftstrom durch den Kühlkanal ausschließlich passiv durch den von dem Ventilatorrad erzeugten Druckunterschied erzeugbar ist, um sowohl den Elektronikabschnitt als auch den Motorabschnitt zu kühlen.
  • Grundsätzlich gilt, dass die Druckseite und Saugseite von der Strömungsrichtung des Ventilators abhängen. Der Kühlluftstrom erfolgt jedoch stets von der Druckseite zur Saugseite. Die vorstehend beschriebene Einströmöffnung an dem Elektronikgehäuse ist bei einer inversen Strömungsrichtung dann die Ausströmöffnung, die Ausströmöffnung im Motorabschnitt wird dann zur Einströmöffnung.
  • Im Betrieb des Ventilators saugt das Ventilatorrad auf der Saugseite Luft an, so dass saugseitig ein Unterdruck entsteht, und bläst diese auf der Druckseite aus, wo ein Überdruck entsteht. Hieraus ergibt sich eine Druckdifferenz Δp zwischen der Saugseite und der Druckseite. Durch die Druckdifferenz bildet sich eine Ausgleichsströmung durch den Kühlkanal, welche genutzt wird als passiver Kühlluftstrom. Bei der vorliegenden Lösung wird somit der Kühlluftstrom saugseitig an der Ausströmöffnung angesogen und durch den Kühlkanal gefördert, wobei die Druckdifferenz durch das Ventilatorrad auf der Ansaugseite des Ventilators erzeugt wird. Durch die Ansaugung des Kühlluftstromes auf der Druckseite und die Ausströmung des Kühlluftstromes auf der Saugseite am Rotor erfolgt eine ganzheitliche Kühlung sowohl der Motorelektronik im Elektronikabschnitt als auch der Motorantriebskomponenten im Motorabschnitt, d.h. der Gesamtanordnung des Außenläufermotors mit seinen Motorteilen und seiner Elektronik. Durch die Kühlung kann somit entweder die Leistung gesteigert oder je nach Anwendung sogar ein kleinerer Motor verbaut werden. Das spart Kosten.
  • Als "passiv" erzeugter Kühlluftstrom durch den Kühlkanal ist vorliegend die Abgrenzung zu einem durch ein im Betrieb rotierendes Aktivkühlrad erzeugten und mithin aktiven Luftstrom definiert. Aktivkühlräder erzeugen Geräusche, insbesondere bei höheren Drehzahlen. Dies kann durch die rein passive Kühlung verhindert werden.
  • Als Abgrenzung zwischen dem Elektronikabschnitt und dem Motorabschnitt dient ein Axialschnitt, bei dem die am weitesten in Richtung Rotor vorstehenden Komponenten der Motorelektronik enden. Häufig wird die Motorelektronik auch axial auf die Motorantriebskomponenten aufgesetzt. Dann ergibt sich die Trennung durch die beiden Bauteile.
  • Zur Verbesserung der Kühlleistung sieht eine Ausführungsvariante vor, dass an dem Elektronikgehäuse mehrere Kühlrippen ausgebildet sind, die sich axial und radial ausgehend von der Einströmöffnung in den Kühlkanal erstrecken und eine Kanalwandfläche des Kühlkanals bilden. Die Kühlrippen bilden zudem vorzugsweise die Einströmöffnung an dem Elektronikgehäuse. Die über die Kühlrippen erreichte Oberflächenvergrößerung und die Positionierung unmittelbar an der Einströmöffnung führen zu einer günstigen und effektiven Wärmeabfuhr über den Kühlluftstrom durch den Kühlkanal.
  • Der Ventilator ist ferner vorzugsweise dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor ein Rotorgehäuse, vorzugsweise ausgebildet als Rotorglocke, aufweist und die Ausströmöffnung im Bereich einer axialen Stirnseite des Rotorgehäuses ausgebildet ist. Die Ausströmung erfolgt mithin vorzugsweise axial, kann jedoch auch an der Mantelfläche des Rotorgehäuses oder am Übergang zwischen der axialen Stirnfläche und der Mantelfläche vorgesehen werden und somit eine zumindest teilweise radiale Abströmrichtung aufweisen.
  • Bei Radialventilatoren sind häufig keine Öffnungen am Rotor bzw. Rotorgehäuse vorgesehen. Deshalb weist das Ventilatorrad für diese Ausführung eine Laufradbodenscheibe mit daran ausgebildeten Laufradschaufeln auf, wobei die Ausströmöffnung in der Laufradbodenscheibe ausgebildet ist. Der Kühlkanal erstreckt sich somit im Motorabschnitt nicht über die gesamte axiale Länge, sondern wird bereits an der Laufradbodenscheibe nach außerhalb des Rotors gleitet.
  • Für eine bevorzugte Ausführung gilt, dass der Außenläufermotor im Motorabschnitt eine Statorbuchse mit einem Statorpaket und Motorwicklungen sowie in Umfangsrichtung verteilt angeordnete Statorkühlrippen aufweist, wobei der Kühlkanal auch entlang der Statorkühlrippen verläuft.
  • Bei der Lösung für Radialventilatoren ist dabei insbesondere vorgesehen, dass die Laufradbodenscheibe axial an die sich axial zur Laufradbodenscheibe erstreckenden Statorkühlrippen angrenzend verläuft, so dass der Kühlluftstrom axial über die Statorkühlrippen zur Ausströmöffnung in der Laufradbodenscheibe führbar ist. Bei dieser Lösung wird auch für Radialventilatoren neben der Kühlung der Motorelektronik im Elektronikabschnitt eine ausreichende Kühlleistung im Motorabschnitt gewährleistet, da die Statorkühlrippen als Motorkomponente im Motorabschnitt angeordnet sind.
  • Bei den Axialventilatoren und Diagonalventilatoren sieht eine Ausführungsvariante vor, dass der Außenläufermotor im Motorabschnitt eine Statorbuchse mit einem Statorpaket und Motorwicklungen sowie in Umfangsrichtung verteilt angeordnete Statorkühlrippen aufweist, wobei der Kühlluftstrom unmittelbar angrenzend entlang der Statorkühlrippen und entlang dem Statorpaket verläuft. Der Kühlluftstrom kann dabei frei durch den Motorabschnitt den Weg des geringsten Widerstands nehmend strömen oder in einem Kühlkanal an bestimmten Bauteilen entlang geführt werden. Durch die Möglichkeit, die Ausströmöffnung am Rotor bzw. Rotorgehäuse selbst auszubilden, kann der Kühlluftstrom im Inneren des Rotors direkt an den sich im Betrieb erwärmenden Bauteilen entlang geführt werden.
  • Ein günstiges Ausführungsbeispiel des Ventilators ist dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkanal in einem Übergang von dem Elektronikabschnitt zu dem Motorabschnitt durch eine stehende oder rotierbare Abdeckung geschlossen oder im Wesentlichen geschlossen ist. Im Wesentlichen geschlossen bedeutet, dass keine vollständige Abdichtung vorgesehen ist. Die Abdeckung kann jedoch labyrinthförmig im Sinne einer Labyrinthdichtung ausgebildet sein, um möglichst geringe Leckageverluste hinnehmen zu müssen. Je nachdem, an welchem Bauteil die Abdeckung befestigt wird, beispielsweise dem Elektronikgehäuse oder dem Rotor, steht oder rotiert sie im Betrieb. Die Abdeckung bildet dabei eine Außenmantelfläche des Außenläufermotors.
  • In eine Weiterbildung des Ventilators sieht vor, dass der Kühlkanal im Verlauf von der Einströmöffnung zur Ausströmöffnung mehrere Richtungsänderungen aufweist, so dass der Kühlluftstrom mehrfach umgelenkt wird. Hierdurch kann die Kühlung entlang der zu kühlenden Bauteile gelenkt und somit die Kühlleistung vergrößert werden.
  • Die Ausströmöffnung an dem Rotorgehäuse ist gegenüber dem Ventilatorrad axial beabstandet. Dies fördert, dass ein ausreichender Druckunterschied und mithin der Saugeffekt an der Ausströmöffnung gewährleistet ist.
  • Ferner sieht eine Ausführung des Ventilators vor, dass der Kühlkanal in Umfangsrichtung lokal begrenzt in dem Elektronikabschnitt und dem Motorabschnitt verläuft. Der Platzbedarf für die Kühlung ist hierdurch beschränkt. Der Aufbau des Außenläufermotors bleibt kompakt.
  • In einer Weiterbildung des Ventilators ist der Rotor über mindestens ein Lager gelagert, wobei der Kühlkanal an dem mindestens einem Lager vorbeigeführt wird. Auch die Lagerung erzeugt im Betrieb Wärme, die vorzugsweise durch den Kühlluftstrom mit abgeführt wird.
  • Die Erfindung betrifft eine Ausführung des Ventilators mit einem Außenläufermotor mit einem in einem Motorabschnitt um eine Rotationsachse rotierenden Rotor ausgebildet zur radial außenseitig umschließenden Aufnahme eines Ventilatorrades und mit einer in einem Elektronikabschnitt angeordneten Motorelektronik. Der Motorabschnitt und der Elektronikabschnitt sind entlang der Rotationsachse axial oder gegenüber der Rotationsachse radial angrenzend zueinander angeordnet. Der Außenläufermotor weist im Motorabschnitt eine Statorbuchse mit einem Statorpaket und Motorwicklungen sowie in Umfangsrichtung verteilt angeordnete Statorkühlrippen auf. Der Ventilator erzeugt über das Ventilatorrad im bestimmungsgemäßen Betrieb einen Druckunterschied Δp zwischen seiner Saugseite und seiner Druckseite, wobei innerhalb des Außenläufermotors ein durchgängiger Kühlkanal von einer druckseitigen Einströmöffnung bis zu einer saugseitigen Ausströmöffnung entlang der Statorkühlrippen verläuft. Im Betrieb ist ein Kühlluftstrom durch den Kühlkanal ausschließlich passiv durch den von dem Ventilatorrad erzeugten Druckunterschied (Δp) erzeugbar. Dabei ist vorgesehen, dass zumindest ein Leistungsmodul der Motorelektronik unmittelbar an die die Statorkühlrippen aufweisende Statorbuchse angrenzend angeordnet ist, um den Motorabschnitt und zumindest das Leistungsmodul, aber auch weitere Bauteile der Motorelektronik über die Statorbuchse zu entwärmen bzw. zu kühlen.
  • Alle vorstehend beschriebenen Merkmale sind unmittelbar auch für diesen Ventilator anwendbar, soweit dies technisch möglich ist. Insbesondere ist der Kühlluftstrom ebenfalls richtungsabhängig von der Strömungsrichtung des Ventilators. Auch sind wieder beide Varianten umfasst, nämlich die Durchströmung durch die Strömungsöffnung in der Laufradbodenscheibe und mithin der Verlauf des Kühlluftstromes außerhalb des Rotorgehäuses (Rotorglocke) oder die Durchströmung der Strömungsöffnung an der Stirnseite der Rotorglocke und mithin der Verlauf des Kühlluftstromes innerhalb der Rotorglocke entlang der Motorbauteile wie beispielsweise den Statorwicklungen.
  • Andere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet bzw. werden nachstehend zusammen mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführung der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigen:
    • Fig. 1
    eine schematische Ansicht zum durch den Ventilator erzeugten Druckunterschied,
    Fig. 2
    ein erstes Ausführungsbeispiel des Außenläufermotors in einer Ausführung für einen Axial-, Radial- und Diagonalventilator, das nicht Teil der Erfindung ist;
    Fig. 3
    ein Ausführungsbeispiel des Ventilators in einer Ausführung als Axialventilator, das nicht Teil der Erfindung ist;
    Fig. 4
    ein Ausführungsbeispiel des Ventilators in einer Ausführung als Radialventilator, das nicht Teil der Erfindung ist;
    Fig. 5
    ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel des Ventilators in einer ersten Variante,
    Fig. 6
    das Ausführungsbeispiel des Ventilators gemäß Figur 5 in einer weiteren Variante.
  • In Figur 1 ist beispielhaft schematisch der von einem Ventilator 1 durch das Ventilatorrad 25 im Betrieb erzeugt Druckunterschied Δp sowie der ansaugseitige Unterdruck p- und druckseitige, d. h. ausströmseitige Überdruck p+ dargestellt. Vorliegend wird der Unterdruck p- genutzt, um eine Ansaugung eines Kühlluftstroms zu erzeugen, der als Ausgleichsströmung entgegen der Hauptströmungsrichtung des durch das Ventilatorrad 25 erzeugten Luftstromes läuft.
  • Figur 2 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines teilweise aufgeschnittenen Außenläufermotors 20 des Ventilators 1 in einer Ausführung als Axialventilator. Die Gesamtanordnung des Außenläufermotors 20 ist axial unterteilt in den Elektronikabschnitt 21 und den unmittelbar axial angrenzenden Motorabschnitt 22. Im Elektronikabschnitt 21 ist die Motorelektronik 11 in dem deckelförmigen Elektronikgehäuse 12 aufgenommen, im Motorabschnitt 22 sind die für den Antrieb des Ventilatorrads 25 (hier nicht gezeigt, jedoch auf den Rotor 2 in einer Weise aufgesetzt, wie in Figur 3 dargestellt) zuständigen Motorantriebskomponenten angeordnet, insbesondere der zylindrische Rotor 2 mit seinem topfförmigen Rotorgehäuse 13 (Rotorglocke) und den darin aufgenommenen Statorpaket 8 mit Motorwicklungen. Auch zu erkennen ist die Lagerung 14 der Motorwelle.
  • An dem Elektronikgehäuse 12 ist stirnseitig die Einströmöffnung 71 für den Kühlluftstrom 7 vorgesehen, wobei sich ausgehend von der Einströmöffnung axial und radial erstreckende Kühlrippen 3 vorgesehen sind und abschnittsweise Kanalwandflächen des Kühlkanals 10 bestimmen. Der Kühlkanal 10 ist durchgängig und verläuft im radial äußeren Teil des Außenläufermotors, wird im Anschluss an die Einströmöffnung 71 nach radial außen umgelenkt vorbei an den auf einer Leiterplatte 15 angeordneten Elektronikbauteilen, welche die Motorelektronik 11 bestimmen, und wieder nach radial innen umgelenkt zu dem Rotor 2. Im Bereich des Rotors 2 verläuft der Kühlkanal 10 axial geradlinig innerhalb des Rotorgehäuses 13 unmittelbar entlang dem Statorpaket 8 und dem Lager 14 bis zur axial stirnseitigen Ausströmöffnung 72. Im Bereich des Rotors 2 ist der Kühlkanal in der gezeigten Ausführung nicht speziell bewandet, so dass der Kühlluftstrom frei entlang dem Weg des geringsten Widerstands entlang der Motorkomponenten zur Ausströmöffnung 72 strömen kann. Es kann jedoch alternativ ein Kühlkanal mit spezieller Führung entlang bestimmter Bauteile vorgesehen werden, der durch festgelegte Begrenzungen, beispielsweise die Innenwandfläche des Rotorgehäuses, als geschlossener Kanal gebildet wird.
  • Im an den Elektronikabschnitt 21 angrenzenden Bereich erstrecken sich im Motorabschnitt 22 in Umfangsrichtung verteilt angeordnete Statorkühlrippen 5 in Richtung des Rotors 2. Der Kühlkanal 10 verläuft an den Statorkühlrippen 5 vorbei, so dass der Kühlluftstrom 7 die von den Statorkühlrippen 5 aufgenommene Wärme abtransportiert. Der Übergang zum Rotor 2 ist durch die Abdeckung 6 geschlossen, die am Elektronikgehäuse 12 befestigt ist und eine labyrinthdichtungsartige Ausbildung aufweist, um den Druckverlust zu minimieren. Die Abdeckung 6 bildet abschnittsweise sowohl eine Kanalwandfläche des Kühlkanals 10 als auch eine äußere Mantelfläche des Außenläufermotors 20. Im Betrieb wird der Kühlluftstrom 7 an der saugseitigen Ausströmöffnung 72 im Motorabschnitt 22 angesaugt, so dass er druckseitig in die Einströmöffnung 71 und durch die Gesamtanordnung des Außenläufermotors 20 hindurch bis zur Ausströmöffnung 72 strömt. Da der Kühlluftstrom 7 ausschließlich durch den Druckunterschied zwischen der Saugseite und der Druckseite erzeugt wird, wird er vorliegend als passiv bezeichnet.
  • In Figur 3 ist ein Ausführungsbeispiel des Ventilators 1 in einer alternativen Ausführung als Axialventilator in einer Seitenansicht dargestellt. Die zum Außenläufer 20 aus Figur 1 beschriebenen Merkmale liegen hier ebenfalls vor, soweit nicht anders erläutert. An dem Rotor 2 ist das Ventilatorrad 25 mit seiner Laufradnabe das Rotorgehäuse 13 vollständig umschließend befestigt. Das Ventilatorrad 25 erzeugt im Betrieb neben der Hauptströmung auch den für den Kühlluftstrom 7 genutzten Druckunterschied Δp. Die Ausströmöffnung 72 in dieser Ausführung jedoch nicht am Rotorgehäuse 13, sondern am Ventilatorrad 25 bzw. der Laufradnabe vorgesehen. Der Kühlluftstrom 7 verläuft im Motorabschnitt 22 radial zwischen dem Rotorgehäuse 13 und der Laufradnabe 17 des Ventilatorrads 25, so dass der Kühlkanal 10 im Motorabschnitt 22 durch das Rotorgehäuse 13 und die Laufradnabe des Ventilatorrads 25 gebildet ist.
  • In Figur 4 ist ein Ausführungsbeispiel des Ventilators 1 in einer Ausführung als Radialventilator dargestellt, wobei der Kühlkanal 10 im Unterschied zu den vorherigen Beispielen nicht entlang des gesamten Rotors 2 geführt wird. Das Ventilatorrad 25 des Radialventilators weist in seiner Laufradbodenscheibe 26 die Ausströmöffnung 72 auf. Die Laufradbodenscheibe 26 trägt die Laufradschaufeln 9, welche in der vorliegenden Ausführung rückwärtsgekrümmt sind. Der Kühlkanal 10 verläuft mithin von der Einströmöffnung 71 im Elektronikgehäuse 12 entlang der Kühlrippen 3 zum Motorabschnitt 22 und darin entlang der Statorkühlrippen 5 nach radial außen zur Ausströmöffnung 72 an der Laufradbodenscheibe 26. Der Kühlluftstrom 7 wird dann durch das Ventilatorrad 25 nach radial außen weg gefördert. Die Kühlung im Elektronikabschnitt 21 ist identisch zu den vorherigen Ausführungsbeispielen. Im Motorabschnitt 22 erfolgt die Kühlung hauptsächlich über die Statorkühlrippen 5.
  • In Figur 5 ist eine erfindungsgemäße Ausführung des Ventilators 1 in einer Ausführung als Radialventilator mit dem Außenläufermotor 20 dargestellt, der wie in den vorigen Ausführungsbeispielen den Motorabschnitt 22 und den entlang der Rotationsachse RA axial angrenzenden Elektronikabschnitt 21 mit der darin angeordneten Motorelektronik 11 umfasst. Alle zu den vorstehenden Ausführungen beschriebenen identischen Merkmale werden nicht nochmals wiederholt, gelten jedoch auch für das Ausführungsbeispiel nach Figur 5. In einer nicht gezeigten alternativen Ausführung kann der Elektronikabschnitt auch radial zur Rotationsachse RA ausgerichtet sein. Am Rotor 2 ist radial außenseitig das Ventilatorrad 25 aufgenommen. Der Ventilator 1 erzeugt über das Ventilatorrad 25 einen Druckunterschied Δp zwischen seiner Saugseite und seiner Druckseite. Innerhalb des Außenläufermotors 20 verläuft der durchgängige Kühlkanal 10 von der druckseitigen Einströmöffnung 71 bis zu der saugseitigen Ausströmöffnung 72 entlang der Statorkühlrippen 5, wobei im Betrieb der durch Pfeile dargestellte Kühlluftstrom 7 durch den Kühlkanal 10 ausschließlich passiv durch den von dem Ventilatorrad 25 erzeugten Druckunterschied Δp erzeugt wird.
  • Das Leistungsmodul 47 der Motorelektronik 11 erzeugt die meiste Wärme und ist deshalb unmittelbar an die die Statorkühlrippen 5 aufweisende Statorbuchse angrenzend angeordnet, um den Motorabschnitt 22 und das Leistungsmodul 47 der Motorelektronik 11 über die Statorbuchse zu kühlen.
  • In Figur 6 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel des Ventilators 1 dargestellt, wobei der Aufbau bis auf die folgenden Unterschiede demjenigen aus Figur 5 entspricht. Der Kühlluftstrom 7 bleibt wie bei der Ausführung gemäß Figur 4 außerhalb des Rotors 2. Auch in dieser Ausführung weist das Ventilatorrad 25 des Ventilators in seiner die rückwärtsgekrümmten Laufradschaufeln 9 tragenden Laufradbodenscheibe 26 die Ausströmöffnung 72 auf. Der Kühlkanal 10 verläuft von radial außen entlang der Statorkühlrippen 5 zur Ausströmöffnung 72 an der Laufradbodenscheibe 26. Der Kühlluftstrom 7 wird anschließend durch das Ventilatorrad 25 nach radial außen gefördert. Der Ventilator 1 erzeugt wie bei der Ausführung gemäß Figur 5 über das Ventilatorrad 25 den Druckunterschied Δp zwischen seiner Saugseite und seiner Druckseite. Im Betrieb wird der durch Pfeile dargestellte Kühlluftstrom 7 durch den Kühlkanal 10 ausschließlich passiv durch den von dem Ventilatorrad 25 erzeugten Druckunterschied Δp erzeugt. Das Leistungsmodul 47 der Motorelektronik 11 ist auch bei dieser Ausführung unmittelbar an die die Statorkühlrippen 5 aufweisende Statorbuchse angrenzend angeordnet, um den Motorabschnitt 22 und das Leistungsmodul 47 der Motorelektronik 11 unmittelbar über die Statorbuchse zu kühlen. Auch bei dem Ventilator 1 gemäß Figur 6 kann der Elektronikabschnitt anstelle axial auch radial zur Rotationsachse RA ausgerichtet bzw. positioniert sein.

Claims (6)

  1. Ventilator mit einem Außenläufermotor (20) umfassend einen in einem Motorabschnitt (22) um eine Rotationsachse (RA) rotierenden Rotor (2) ausgebildet zur radial außenseitig umschließenden Aufnahme eines Ventilatorrades (25), und eine in einem Elektronikabschnitt (21) angeordnete Motorelektronik (11), wobei der Motorabschnitt (22) und der Elektronikabschnitt (21) entlang der Rotationsachse (RA) axial oder radial angrenzend zueinander angeordnet sind, wobei der Außenläufermotor (20) im Motorabschnitt (22) eine Statorbuchse mit einem Statorpaket (8) und Motorwicklungen sowie in Umfangsrichtung verteilt angeordnete Statorkühlrippen (5) aufweist, wobei der Ventilator (1) über das Ventilatorrad (25) im bestimmungsgemäßen Betrieb einen Druckunterschied (Δp) zwischen seiner Saugseite und seiner Druckseite erzeugt, wobei innerhalb des Außenläufermotors (20) ein durchgängiger Kühlkanal (10) von einer druckseitigen Einströmöffnung (71) bis zu einer saugseitigen Ausströmöffnung (72) entlang der Statorkühlrippen (5) verläuft und im Betrieb ein Kühlluftstrom (7) durch den Kühlkanal (10) ausschließlich passiv durch den von dem Ventilatorrad (25) erzeugten Druckunterschied (Δp) erzeugbar ist, wobei zumindest ein Leistungsmodul (47) der Motorelektronik (11) unmittelbar an die die Statorkühlrippen (5) aufweisende Statorbuchse angrenzend angeordnet ist, um den Motorabschnitt (22) und zumindest das Leistungsmodul (47) der Motorelektronik (11) über die Statorbuchse zu kühlen.
  2. Ventilator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Elektronikgehäuse (12) mehrere Kühlrippen (3) ausgebildet sind.
  3. Ventilator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilatorrad (25) eine Laufradbodenscheibe (26) mit daran ausgebildeten Laufradschaufeln (9) aufweist, in der die Ausströmöffnung (72) ausgebildet ist.
  4. Ventilator nach einem der vorigen Ansprüche 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Außenläufermotor (20) im Motorabschnitt (22) eine Statorbuchse mit einem Statorpaket (8) und Motorwicklungen sowie in Umfangsrichtung verteilt angeordnete Statorkühlrippen (5) aufweist, wobei der Kühlkanal (10) entlang der Statorkühlrippen (5) und entlang dem Statorpaket (8) verläuft.
  5. Ventilator nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkanal (10) in Umfangsrichtung lokal begrenzt in dem Elektronikabschnitt (21) und dem Motorabschnitt (22) verläuft.
  6. Ventilator nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (2) der Saugseite und die Motorelektronik (11) der Druckseite zugeordnet sind.
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